Ferroelectricity-induced asymmetrical two-dimensional electron gas in superlattices consisteing of insulating GdTiO3 and ferroelectric BaTiO3
由于半导体界面的二维电子气可以具有高迁移率，并表现出超导性、磁性和其他在组成块体材料中意想不到的奇异性质。利用第一性原理计算研究了由铁电BaTiO $_3$（BTO）和铁磁绝缘极性GdTiO $_3$（GTO）组成的短周期（BTO）$_m$ /（GTO）$_2$（$m$ =2和4）超晶格的晶体结构、电子态和磁性.我们的研究表明，在GTO层中的中间Ti-O单层成为金属，因为在绝缘BTO层的铁电性诱导一个不均匀的电场对GTO层中的极性产生的电场，从而差分改变与GTO层的三个Ti-O单层的d能级。通过避免电子重构，铁电极化也使得两个界面Ti-O单层的电子态和磁性与没有铁电性的GTO/SrTiO $_3$超晶格中的电子态和磁性有很大的不同。这种超晶格由于其独特的非对称二维电子气性质和可能有用的自旋轨道效应而在潜在的自旋电子学应用中引起了人们的兴趣。
2016-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Interface enhancement of ferroelectricity in CaTiO$_3$/BaTiO$_3$ superlattices
我们进行第一性原理计算的CaTiO $_3$ /BaTiO $_3$超晶格与外延应变对应的SrTiO $_3$衬底上的生长，并考虑八面体旋转以及铁电畸变。计算作为电位移场的函数进行，并进行了宏观和局部静电分析。我们发现，强的八面体旋转发生TiO $_6$八面体夹在CaO层的两侧，但强烈抑制，如果相邻层是一个BaO层。由于由此产生的增强的铁电不稳定性的BaO相邻的八面体，我们发现，整体的铁电不稳定性的超晶格的界面增强。因此，短周期超晶格在这个系统中有一个更大的铁电极化比长周期的相同的平均组成，与预期的趋势相反。
2010-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Theory of polarization enhancement in epitaxial BaTiO$_3$/SrTiO$_3$ superlattices
采用第一性原理密度泛函理论在局域密度近似下研究了外延BaTiO $_3$ /SrTiO $_3$超晶格的自发极化随组分的变化.当面内晶格参数固定为体相SrTiO $_3$的面内晶格参数时，当BaTiO $_3$含量大于40%时，计算的超晶格极化强度高于体相BaTiO $_3$的极化强度。与它们的体顺电特性相反，SrTiO $_3$层被发现是{ \it四元和极性}，具有与BaTiO $_3$层几乎相同的极化。一般的静电参数阐明了起源的极化在SrTiO $_3$层，具有重要意义的其他铁电纳米结构。
2002-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectricity in the dielectric component of nanoscale dielectric/ferroelectric superlattices
复合氧化物超晶格的功能性质的起源可以使用时间分辨同步加速器X射线衍射来解决，以从组成重复单元的组分层的贡献。CaTiO 3/BaTiO 3超晶格的CaTiO 3层对施加的电场具有压电响应，这与整个超晶格的大的连续极化一致。在大的应变，54 pm/V的整体压电系数，同意与第一原理的预测，其中的钛酸锶基板上施加的超晶格的tetrahetron对称性。
2010-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Controlling ferroelectric hysteresis offsets in PbTiO$_{3}$ based superlattices
铁电材料具有多极化方向的简并基态。在铁电电容器中，这应该表现为同样有利的上下极化状态。然而，在铁电薄膜和超晶格器件中很少观察到这种理想的行为，这些器件通常表现出有利于一种极化状态而不是另一种极化状态的内置偏压。通常这种极化不对称性可以归因于电极。在这项研究中，我们研究偏置PbTiO $_3$基铁电超晶格，这不是由于电极，而是在生长过程中形成的界面处的缺陷的性质。使用实验和第一性原理模拟相结合，我们能够解释所观察到的内置偏置的符号及其随组成的演变。我们的见解使我们能够通过控制超晶格的成分和周期性来设计零内置偏置的器件。
2020-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Long-range Effects on the Pyroelectric Coefficient of Ferroelectric Superlattice
基于横向伊辛模型，研究了由两种不同铁电材料组成的铁电超晶格热释电系数的长程效应。在考虑长程相互作用的情况下，研究了界面耦合和周期厚度对铁电超晶格热释电系数的影响。研究发现，当温度低于相变温度时，随着长程相互作用强度的增加，热释电系数逐渐减小;热释电峰的数目逐渐减少，相变温度逐渐升高。随着界面耦合的减小和一个周期厚度的减小，薄膜的相变温度和热释电峰的数目都减小。
2002-01-23 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of competing ferroelectric and antiferroelectric instabilities in BaTiO3/BaO superlattices
我们报道了（BaTiO ${_3}$）$_m$ /（BaO）$_n$超晶格的第一性原理研究，研究了周期性$m/n$的变化.我们发现，这样的系统开发一个极性区中心不稳定性足够大的\textit{m} / \textit{n}比，这可以理解，至少定性地说，从一个简单的静电模型，并应导致铁电基态。然而，声子色散曲线的分析也指出，出现在$m=4$周围的区域边界处的反铁电不稳定性较强，达到铁电性的临界比之前，仍然占主导地位超过它。该分析使我们能够预测，（BaTiO ${_3}$）$_m$ /（BaO）$_n$超晶格应该呈现反铁电基态的$m$大于4，这应该顺利地演变为多畴结构的增加$m$值，只有成为大$m$的铁电。
2010-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Cation ordering induced polarization enhancement for $PbTiO_3$-$SrTiO_3$ ferroelectric-dielectric superlattices
本文采用一种有效的计算材料设计方法（团簇展开）对铁电$PbTiO_3$ / $SrTiO_3$体系进行了研究。通过探索包含超过$3 \times 10^6$候选物的有序空间，确定了两种特殊的阳离子有序构型：完全或混合1/1（101）超晶格，其铁电极化强度比（001）超晶格提高了约100%.分析这两种特殊结构揭示了反铁电畸变（AFD）和铁电极化（FE）模式之间的奇异耦合，例如，沿x或y轴倾斜，在z方向偏振，作为该系统中最佳偏振特性的原点。确定的阳离子有序基序和奇异的AFD-FE耦合可以为设计多功能钙钛矿异质结构提供新的思路。
2014-09-05 cond-mat.mtrl-sci
Antiferroelectricity and ferroelectricity in epitaxially strained PbZrO3 from first principles
密度泛函计算进行研究的PbZrO 3的外延应变的效果。我们发现在实验可获得的外延应变的整个范围内，外延应变极性R3 c和非极性Pbam结构之间的能量差非常小，为-3% < η<4%。虽然铁电性有利于所有的压缩应变，拉伸应变之间的非极性基态和替代极性相产生一个强大的反铁电基态的小能量差。在薄膜中观察到的铁电性和反铁电性的共存归因于应变和退极化场效应的组合。
2014-05-14 cond-mat.mtrl-sci
First-principles predictions of HfO$_2$-based ferroelectric superlattices
针对HfO$_2$铁电相的亚稳态限制，提出通过与其他简单氧化物构建超晶格实现热力学稳定极性HfO$_2$的方法，为薄膜铁电器件应用提供新途径。
2024-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Effects of anharmonic strain on phase stability of epitaxial films and superlattices: applications to noble metals
采用局域密度近似，通过第一性原理总能量计算，研究了外延薄膜和体超晶格的外延应变能。在Cu/Au（晶格失配12%）、Cu/Ag（12%）和Ni/Au（15%）中，由于晶格失配较大而产生的非谐效应超出了谐波弹性理论的范围。我们发现，<001>对于Cu和Ni的双轴膨胀，这是弹性软方向，而<201>对于Cu，Ag和Au的大双轴压缩，这是弹性软方向。从共格应变和界面能的角度讨论了超晶格的稳定性。我们发现，在相分离体系中，如Cu-Ag，超晶格形成能随超晶格周期的增加而减小，界面能为正。超晶格在（001）衬底上最容易形成，在（111）衬底上最难形成。对于Cu-Au和Ag-Au有序体系，超晶格的形成能随周期的增加而增加，界面能为负。这些超晶格在（001）或（110）衬底上最容易形成，在（111）衬底上最难形成。对于Ni-Au，我们发现了一种混合行为：<111><001>在相分离系统中，超晶格沿着和类似，而对于它们，<110>它们的行为类似于有序系统。最后，最近的实验结果上的无序的Ni-Au和Cu-Ag合金，不混溶的散装形式的外延稳定，解释在不稳定的相分离状态，由于衬底和成分之间的晶格失配。
1997-11-18 cond-mat.mtrl-sci
The Effects of the interfacial Pseudo-spin Coupling Fluctuation on the Dielectric Property of a Ferroelectric Superlattice
利用关联的有效场论，在横向伊辛模型的框架下，研究了界面赝自旋耦合涨落对铁电超晶格极化率和极化率的影响.结果表明，界面耦合涨落使低温区的磁化率增大。对于强界面耦合，相变温度随界面耦合波动的强度而降低。绘制了不同界面耦合涨落强度下磁化率与$BaTiO_{3}/SrTiO_{3}$超晶格周期的关系曲线。在室温下，当界面耦合涨落增大时，磁化率的峰值位置将向大的超晶格周期移动。
2004-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Ultrahigh energy storage density in epitaxial AlN/ScN superlattices
电介质和反铁电材料在高功率储能应用中特别有前途。然而，相对低的能量密度极大地阻碍了它们在存储技术中的使用。在这里，我们报告的第一性原理为基础的计算预测，外延和最初的非极性AlN/ScN超晶格可以实现高达200 J/cm $^{\textrm{3}}$，伴随着理想的效率为100%的能量密度。我们还表明，高的能量密度要求系统既不太接近也不太远离铁电相变下零电场。进一步提出了一个现象学模型来合理化这些惊人的功能。
2021-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric PbTiO$_{3}$/SrRuO$_{3}$ superlattices with broken inversion symmetry
采用超薄SrRuO $_{3}$层制备了PbTiO $_{3}$ /SrRuO $_{3}$超晶格。由于超晶格的几何形状，样品在其电阻率中显示出大的各向异性，这可以通过改变PbTiO $_{3}$层的厚度来控制。因此，沿着铁电方向，SrRuO $_{3}$层可以充当介电元件，而不是金属元件。我们发现，通过减少PbTiO $_{3}$的浓度，由于成分反转对称性破缺的极化不对称性的影响越来越重要。这些结果是有意义的，因为它们代表了一类新的铁电超晶格，具有丰富而复杂的相图。通过扩展我们的材料组，我们能够引入新的行为，这些行为只有在其中一种材料不是钙钛矿钛酸盐时才会发生。在这里，组成反转对称性破缺双色超晶格，由于超晶格内的A和B位离子的组合变化，证明使用实验测量和第一性原理密度泛函理论的组合。
2012-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Interface dominated biferroic La0.6Sr0.4MnO3/0.7Pb(Mg0.33Nb0.66)O3 0.3PbTiO3 epitaxial superlattices
采用脉冲激光沉积技术在（100）LaAlO 3基片上制备了由铁磁La 0.6Sr 0.4MnO 3和铁电0.7Pb（Mg 0，33 Nb 0.66）O3 0.3（PbTiO 3）层组成的超晶格。铁磁和频率无关的铁电滞后特性建立了超晶格的双铁性。观察到磁场对超晶格P-E特性的影响。在向样品施加高DC电场时观察到类似的效果。所观察到的铁电性质的性质和它们的调制所施加的磁场和电场，从而讨论了在铁电/铁磁界面的介电钝化层的存在。
2006-12-27 cond-mat.mtrl-sci
Origin of Ferroelectricity in Hafnia from Epitaxial Strain
铁电氧化物由于其在纳米级样品中具有强大的铁电性及其与硅的兼容性，正在被探索用于下一代电子产品。然而，它的铁电性还不清楚。其他铁电体在纳米尺度的样品和薄膜中通常会失去铁电性，氧化铌的基态是非极性斜锆石。本文用密度泛函理论（DFT）研究了外延应变下的Al_2O_3，发现应变不仅稳定了铁电相，而且导致了不稳定的模式和能量从高温四元结构的下降路径。我们发现，对于晶格常数为PDMATHABMM_（？）~的正方形衬底，在拉伸外延应变下，铁电PDMATHABMN_（？）最稳定，甚至比斜锆石更稳定。此外，我们还发现，在拉伸外延应变$η$下，四方相将变形为两种铁电相之一：对于$η> 1.5$，$Γ^{-}_{5}$模是不稳定的，并导致\oII，而在$η> 3.75$，该模与带边界M1模之间的耦合导致\oI .
2022-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Unusual polarization patterns in flat epitaxial ferroelectric nanoparticles
近年来，外延铁电纳米岛的兴趣迅速增长，这是由于它们在器件，特别是超密度存储器方面的潜力。“自下而上”（自组装）纳米尺度技术的最新进展已经打开了制造高质量外延铁电纳米岛的机会，所述纳米岛具有分别为lnm和20 nm量级的极小厚度和横向尺寸。另一方面，最近出现的强大的探针，如piezoresponse力显微镜（PFM），使成像的局部域结构与子10 nm的分辨率。尽管有这些发展，在外延铁电纳米岛的极化模式缺乏一个清晰的理解，和一些重要的特性，如铁电性的临界横向尺寸，尚未建立。在这里，我们进行从头算研究的非电极外延Pb（Zr0.5Ti0.5）O3和钛酸钡纳米岛，并显示存在的失配应变和/或各向异性能驱动的新的偏振模式。结果允许解释的数据和设计的铁电纳米结构与定制的响应外部场。
2008-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Room Temperature Nanoscale Ferroelectricity in Magnetoelectric GaFeO3 Epitaxial Thin Films
我们展示了室温铁电性的磁电GaFeO 3的外延薄膜。压电力的测量结果表明，180度相移的piezoresponse开关时的电场表示纳米级铁电性外延薄膜的镓铁氧体。此外，在存在和不存在外部磁场的情况下的温度相关阻抗分析清楚地揭示了跨磁转变温度的显著磁介电效应。此外，我们的第一性原理计算表明，铁离子不仅负责亚铁磁性，如前所述，但也引起了所观察到的铁电性，使GFO一个独特的单相多铁性。
2013-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial stabilization of magnetic GdAuSb/LaAuSb superlattices
University of Wisconsin Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；The State University of New York, Buffalo（纽约州立大学布法罗分校）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）
通过分子束外延在Al₂O₃基底上稳定GdAuSb/LaAuSb超晶格，展现原子级界面和磁拓扑序调控新平台。
2026-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Realization of biferroic properties in La0.6Sr0.4MnO3 0.7Pb(Mg0.33Nb0.67)O3 0.3(PbTiO3) epitaxial superlattices
采用脉冲激光烧蚀法在LaNiO 3涂层的（100）取向LaAlO 3衬底上制备了一组对称和非对称的超晶格，其组成层为铁磁性的La0.6Sr0.4MnO3和铁电性的0.7Pb（Mg0.33Nb0.67）O30.3（PbTiO 3）。研究了所有超晶格的结晶性、磁性和铁电性。所有的超晶格结构在10 K和300 K之间的宽温度范围内表现出铁磁行为，而只有非对称超晶格表现出相当好的铁电行为。观察到外加磁场对非对称超晶格铁电性质的强烈影响。进行了研究，以了解对异质结构的电响应的导电LSMO层的影响。对称超晶格结构中铁电性的缺失归因于它们的高泄漏特性。外加磁场对非对称超晶格铁电性能的影响表明界面对性能有很强的影响。在这些异质结构中观察到的麦克斯韦-瓦格纳型介电弛豫证实了介电响应上的界面的主导地位。
2007-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Perpendicularly Magnetized Ni / Pt (001) Epitaxial Superlattice
垂直磁化的铁磁层是最近/未来高密度自旋电子存储器应用的重要构件。本文报道了垂直磁化Ni / Pt超晶格的制备及其结构和磁性的表征。通过对薄膜生长条件的优化，我们在SrTiO $_{3}$（001）单晶衬底上外延生长了Ni / Pt（001）超晶格。我们研究了它们的结构参数和磁性作为Ni层厚度的函数，并获得了高的单轴磁各向异性能量为1.9 × 10 $^{6}$ erg/cm $^{3}$的[Ni（4.0 nm）/ Pt（1.0 nm）]超晶格。为了阐明Ni / Pt（001）超晶格垂直磁各向异性的详细机制，将实验结果与第一性原理计算进行了比较.已经发现，应变效应是垂直磁各向异性出现的主要来源。
2020-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear Dynamics of Domain Wall Propagation in Epitaxial Ferroelectric Thin Films
研究了外延Pb（Zr，Ti）O3薄膜在宽温度范围（3 - 300 K）内的铁电畴壁扩展。我们测量了不同电场下的畴壁速度，发现畴壁速度与电场有很强的非线性关系，特别是在低温下。我们发现，作为表面生长的问题之一，我们的畴壁速度数据从铁电外延薄膜可以分为蠕变，脱钉，和流动的制度，由于无序和弹性之间的竞争。速度和动力学指数的测量值表明，在外延薄膜的铁电畴壁是分形和钉扎由无序诱导的局域场。
2009-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Reduced Coercive Field in Epitaxial Thin Film of Ferroelectric Wurtzite Al0.7Sc0.3N
首次获得了具有明显极化-电场电滞特性的外延纤锌矿铁电薄膜。在W/c-蓝宝石衬底上的这种外延Al 0.7Sc 0.3N膜的矫顽场比在Pt/TiO x/SiO 2/Si衬底上的常规纤维织构膜的矫顽场小0.4 ± 0.3 MV cm-1（8%），这归因于外延膜中的c轴晶格参数小0.01 ± 0.007 MV cm-1。的应变和矫顽场的减少最有可能源于外延应变，而不是在热膨胀系数的失配。这些结果提供了一个洞察力，进一步降低矫顽场的新型纤锌矿铁电体使用外延失配应变。
2021-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric/paraelectric superlattices for energy storage
反铁电体对电场的极化响应使得材料可以存储大的能量密度，这使得它们成为脉冲功率技术中能量存储应用的有希望的候选者。然而，已知的这种材料相对较少。在这里，我们认为铁电/顺电超晶格作为人工静电工程反铁电体。具体而言，使用高通量的第二原理计算，我们工程师PbTiO $_{3}$ /SrTiO $_{3}$超晶格，以优化其在室温下的能量存储性能（最大化密度和释放效率）相对于不同的设计变量（层厚度，外延条件，电介质层的刚度）。我们获得的结果与国家的最先进的反铁电电容器的竞争力，并揭示了负责的最佳性能的机制。
2021-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Noncentrosymmetric structural transitions in ultrashort ferroelectric AGaO$_{3}$/A'GaO$_{3}$ superlattices
用密度泛函理论研究了八面体倾斜对AGaO $_{3}$ /A 'GaO $_{3}$ [001]，[110]和[111]超晶格（A，A' = La，Pr，Nd）偏心结构转变的影响.我们发现位移跃迁是由两种八面体旋转模式驱动的（a $^{-}$ a $^{-}$ c $^{0}$和a $^{0}$ a $^{0}$ c $^{+}$倾斜），振幅取决于A和A'的化学性质和阳离子的排列方向.我们发现[001]和[111]有序超晶格的基态结构是极性的。八面体倾斜模通过混合反常铁电机制的耦合引起了极位移，产生了宏观电极化的强度。
2014-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopic mapping of local structural distortions in ferroelectric PbTiO3/SrTiO3 superlattices at the unit-cell scale
利用高空间和能量分辨率的电子能量损失谱结合大角度环形暗场成像研究了多畴PbTiO 3/SrTiO 3超晶格的局域结构畸变。通过对Ti-L2，3和O-K边缘附近结构的能量损失分析，用晶胞分辨率确定了界面上的局部结构变化。从头算和多重态计算的Ti-L2，3边缘提供明确的证据与观察到的结构扭曲的超晶格的非均匀的极化曲线。
2011-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Photoinduced Domain Pattern Transformation in Ferroelectric/Dielectric Superlattices
铁电/介电超晶格中的纳米畴图案在带隙以上的光激发下转变为均匀的极化状态。X射线散射揭示了域漫散射的消失和晶格的膨胀。的域图案的再现发生在一段时间内的几秒钟在室温下，这表明一个转换机制，其中载流子在长寿命的陷阱状态屏幕的去极化场。朗道-金兹伯格-德文郡模型预测的晶格参数和临界载流子浓度的变化的转变。
2017-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Fine tuning epitaxial strain in ferroelectrics: PbxSr(1-x)TiO3 on DyScO3
外延应变可以用来改变铁电薄膜的性能。从实验的角度来看，挑战在于微调应变的大小。我们说明如何，通过使用组合物和衬底的合适的组合，可以以连续的方式控制外延应变的大小。用Devonshire-Landau方法计算了在（110）-DyScO 3上外延生长的PbxSr 1-xTiO 3薄膜的相图。预测面内和面外取向铁电相之间的边界发生在$x \approx$ 0.8。用分子束外延法生长的一系列PbxSr_（1-x）TiO_3薄膜与所提出的相图符合得很好
2010-11-19 cond-mat.mtrl-sci
First principles investigation of ferroelectricity in epitaxially strained Pb$_2$TiO$_4$
本文用密度泛函理论研究了假设的Ruddlesden-Popper化合物Pb $_2$ TiO $_4$的结构和极化。计算了空间群为$I4/mmm$的高对称性K-$_2$-NiF-$_4$-型参考结构的带内声子.在理论基态晶格常数下，存在一个不稳定的红外激活声子。该声子冻结以产生$I2mm$铁电态。作为外延应变的函数，两个额外的铁电相被发现，与空间群$I4mm$和$F2mm$在压缩和拉伸应变，分别。
2005-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio design of charge-mismatched ferroelectric superlattices
我们提出了一个系统的方法来模拟电荷失配超晶格的第一性原理的电气和结构特性。我们的策略是基于大量的计算的母体化合物，我们执行作为一个函数的面内应变和面外电位移场。由此产生的二维相图使我们能够准确地预测，而不进行进一步的计算，分层异质结构的行为，其中上述构建块是静电和弹性耦合，与任意选择的界面电荷（起源于极性不连续）和体积比。以[PbTiO_3]_m/[BiFeO_3]_n体系为例，研究了界面极性对超晶格铁电行为的影响，发现界面极性对超晶格铁电行为的影响是显著的，从而导致了体相的稳定化。
2014-02-14 cond-mat.mtrl-sci
Predicting polarization enhancement in multicomponent ferroelectric superlattices
利用从头计算作为输入开发一个简单的模型，在外延短周期的CaTiO 3/SrTiO 3/BaTiO 3超晶格生长在SrTiO 3衬底上的极化。然后，该模型与遗传算法技术相结合，以优化在超晶格中的各个CaTiO 3，SrTiO 3和BaTiO 3层的布置，预测具有最高可能的极化和低的面内晶格常数与衬底不匹配的结构。该建模过程可以应用于广泛的层状钙钛矿氧化物纳米结构，为具有显著改善的极性特性的纳米机电器件的实验开发提供指导。
2005-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Enhancing ferroelectric stability: Wide-range of adaptive control in epitaxial HfO2/ZrO2 superlattices
本研究提出利用高质量外延(HfO2)n/(ZrO2)n超晶格解决HfO2极性相亚稳态问题，实现了大厚度范围内稳定的铁电性，并通过第一性原理计算揭示了界面形成能和相变动力学能垒对抑制非极性相的关键作用。
2025-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Growth Window of Ferroelectric Epitaxial Hf0.5Zr0.5O2 Thin Films
亚稳的斜方晶相通常在多晶薄膜中获得，而在外延薄膜中，其形成的研究要少得多。我们已经生长Hf0.5Zr0.5O2薄膜的脉冲激光沉积，和生长窗口（沉积过程中的温度和氧气压力和膜厚）的外延稳定的铁电相映射。剩余的铁电极化，高达约24 μ C/cm 2，取决于正交相和晶面间距的量，并随着温度和压力的固定膜厚度增加。漏电流随着厚度或温度的增加而减小，或者当降低氧气压力时减小。矫顽电场（EC）取决于厚度（t），根据矫顽电场（EC）-厚度（t）-2/3缩放，这是在铁电氧化物中首次观察到的，并且缩放延伸到低至约5 nm的厚度。经过验证的能力，定制高品质的外延铁电Hf0.5Zr0.5O2薄膜的功能特性铺平了道路，了解他们的铁电性能和原型设备。
2019-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Unusual behaviour of the ferroelectric polarization in PbTiO$_{3}$/SrTiO$_{3}$ superlattices
采用离轴射频磁控溅射法制备了PbTiO $_{3}$ /SrTiO $_{3}$超晶格。利用X射线衍射和压电原子力显微镜研究了PbTiO $_{3}$与SrTiO $_{3}$的比例变化对铁电极化的影响。对于PbTiO $_{3}$层厚度大于结构中使用的3单元晶胞SrTiO $_{3}$厚度，发现极化随着PbTiO $_{3}$厚度减小而减小。这一观察结果证实了退偏场在薄膜中的极化降低中的主要作用。对于PbTiO $_{3}$与SrTiO $_{3}$之比小于1的样品，观察到不能用静电考虑来解释的铁电性的令人惊讶的恢复。
2005-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Strain-coupled ferroelectric polarization in BaTiO3-CaTiO3 superlattices
我们报告的生长和铁电（FE）性能的超晶格（SL）组成的FE钛酸钡和顺电（PE）的CaTiO 3。先前的理论预测，在（BaTiO 3）n/（CaTiO 3）n SL中，当保持相同的应变状态时，极化随着子层厚度（n）的增加而增加。然而，我们的BaTiO 3/CaTiO 3 SL显示出不同的晶格应变状态和系统的减少，随着n的增加，而相干应变SL（n=1，2）的FE极化的ca。8.5 uC/cm ^2。我们认为应变耦合比基于恒定介电常数的静电层间耦合对有限元性能的影响更重要。
2009-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity in artificial bicolor oxide superlattices
我们报告的高品质的双色氧化物超晶格的生长和性能，由两个钙钛矿的钛酸钡，钛酸钡，钛酸钙，和钛酸锶。人工生长的超晶格在结构上是独特的，并且具有宏观上均匀的相，这是不可行的，以块体形式重建。通过人工结构化，发现与具有相同总体组成的伪二元陶瓷相比，这种超晶格的极化可以大大增加。超晶格中这种强烈的增强归因于由于静电和弹性相互作用的界面耦合而在异质界面处的A位阳离子的新发展的离子运动，这在单相材料中是找不到的。
2007-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Strain Gradients in Epitaxial Ferroelectrics
具有不同厚度的Ba1/2Sr1/2TiO3铁电薄膜的X射线分析揭示了跨膜厚度的内部应变梯度的存在，并允许我们提出一个功能形式的内部应变分布。我们用它来计算的直接影响的应变梯度，通过挠曲电耦合，上的薄膜的铁电性能随厚度减小的退化，与所观察到的行为非常一致。这项工作突出了应变弛豫和应变梯度在外延膜之间的联系，并显示迫切需要避免应变梯度，以获得薄的铁电体与块状的属性。
2004-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Engineering polarization rotation in a ferroelectric superlattice
驱动铁电钙钛矿氧化物研究的一个关键特性是它们的强压电响应，其中电场由施加的应变诱导，反之亦然，用于逆压电效应。我们已经实现了实验增强的压电响应和介电可调谐性在人工分层外延PbTiO $_{3}$ /CaTiO $_{3}$超晶格通过工程化的极化方向的旋转。由于超晶格内的相对层厚度从样品到样品的变化，我们发现在多个X射线衍射测量的偏振旋转的证据。相关的功能特性的变化，被认为是在电气测量和压电显微镜。结果表明，一种新的方法来诱导偏振旋转在环境条件下的人工分层薄膜。
2012-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Heusler Superlattice Co2MnAl/Fe2MnAl with Perpendicular Magnetic Anisotropy and Termination-Dependent Half-Metallicity
单晶Heusler原子尺度的超晶格，已被预测表现出垂直磁各向异性和半金属已成功地通过分子束外延生长。在GaAs（001）、MgO（001）和Cr（001）/MgO（001）衬底上生长了由全Heusler Co $_2$ MnAl和Fe $_2$ MnAl组成的具有一到三个晶胞周期的超晶格。电子能量损失谱图证实了明显的隔离外延Heusler层与高钴或高铁浓度的样品生长在室温附近的GaAs（001）。用过量的铝生长的超晶格结构具有显著较低的薄膜形状各向异性，并导致在GaAs（001）上生长的样品在低于200 K的温度下的面外自旋重取向转变。基于同步辐射的自旋分辨光电子能谱发现，超晶格结构改善了体布里渊区中X点附近的费米能级自旋极化。在MgO（001）上生长的化学计量的Co $_2$ MnAl终止的超晶格具有95%的自旋极化，而纯Co $_2$ MnAl膜具有仅65%的自旋极化。
2018-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial ferroelectric hafnia stabilized by symmetry constraints
本研究利用高通量密度泛函理论计算证明，YSZ和SrTiO3等常见衬底的外延条件及对称性约束诱导的剪切应变，能热力学稳定二氧化铪的极性Pca2_1铁电相，为实验与理论差异提供了解释并指导性能改善。
2023-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Suppressed dependence of polarization on epitaxial strain in highly polar ferroelectrics
本文报道了高极性铁电PbZr_（0.2）Ti_（0.8）O_3（PZT）薄膜中极化与外延应变耦合的实验和计算研究。对弛豫（四方性c/a = 1.05）和高应变（c/a = 1.09）外延膜的性质进行比较表明，尽管PZT或PbTiO_3在薄膜或块体形式（P_r = 82 microC/cm ^2）中的极化率是最高的，但它几乎与外延应变无关。我们将这种行为归因于这些Pb基钙钛矿中A位阳离子对外延应变的抑制敏感性，其中铁电位移已经很大，与极性较小的钙钛矿如BaTiO_3的情况相反。在后一种情况下，A位阳离子（Ba）和赤道氧位移可以导致显着的极化增加。
2007-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Irreducible sub-nm$^2$ ferroelectric domains by 2D-flat polar band in perovskite superlattices
Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST)（蔚山科学技术院）
在钙钛矿超晶格中发现二维平坦极性带，产生不可约亚纳米平方铁电畴，密度超300 Tbit/cm²，为超高密度低功耗存储器件提供新途径。
2026-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Superlattice-induced ferroelectricity in charge-ordered La$_{1/3}$Sr$_{2/3}$FeO$_{3}$
电荷序驱动铁电体是一类新兴的功能材料，不同于传统的铁电体，其中电子主导的开关可以在高频下发生。尽管它们有希望，但到目前为止，只有少数表现出这种行为的系统在实验上得以实现，这激发了对新材料的需求。在这里，我们使用密度泛函理论研究人工结构的混合价固溶体La $_{1/3}$ Sr $_{2/3}$ FeO $_{3}$（LSFO），一个系统的实验研究的效果。我们的计算表明，A位阳离子（111）层状LSFO表现出铁电电荷有序相，其中反转对称性被打破，通过改变注册表的电荷顺序相对于超晶格分层。该相位是能量简并与基态中心对称相位，和计算的开关极化是39 $μ$ C/cm $^{2}$，一个显着的值所产生的电子转移Fe离子之间。我们的计算表明，人工结构的LSFO和其他混合价氧化物具有强大的电荷有序的固溶体相可以导致电荷顺序诱导的铁电性。
2019-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Hidden Crossover and Relaxor-Like Response from Emerging Polar Skyrmion Correlations in Ferroelectric Superlattices
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
研究通过大规模相场模拟揭示铁电超晶格中极性Skyrmion从层内解耦态到层间相关态的转变，产生显著介电响应峰，为无序弛豫体响应提供新机制。
2026-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Tri-layer superlattices: A route to magnetoelectric multiferroics?
我们探索计算形成的三层超晶格作为一种替代方法相结合的铁电性与磁性，形成磁电多铁性。我们发现三层结构对超晶格极化的贡献与传统铁电体中的典型极化相比很小，并且可切换的铁电组分可以忽略不计。相比之下，我们表明，外延应变和“负压”可以产生大的，可切换的极化是兼容的磁性共存，即使在材料中没有活跃的铁电离子。
2007-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Soft modes of collective domain-wall vibrations in epitaxial ferroelectric thin films
计算了外延薄膜中铁弹畴壁从平衡位置位移时的机械回复力，并讨论了它们的各种协同平移振荡模式。对于波矢量对应于第一布里渊区的中心和边界的畴壁超晶格的振动，挑选出的软模式是由最小幅度的回复力区分。结果表明，在多畴铁电薄膜中，壁振动的软模对薄膜介电常数的贡献非常大。
2000-12-28 cond-mat.mtrl-sci
Dielectric, piezoelectric, and elastic properties of BaTiO$_3$/SrTiO$_3$ ferroelectric superlattices from first principles
采用第一性原理密度泛函理论研究了外延应变对（001）取向铁电（BaTiO $_3$）$_m$ /（SrTiO $_3$）$_n$超晶格（$m = n = {}$ 1-4）声子谱、晶体结构、自发极化、介电、压电和弹性性质的影响.自支撑超晶格的基态是单斜$Cm$极性相。在面内双轴压应变下，转变为四元$P4mm$极性相;在面内双轴拉伸应变下，转变为正交$Amm2$极性相。当改变面内晶格参数时，在极性相之间的边界处出现几种光学和声学模式的软化，并且介电、压电和弹性张量的相应分量临界发散。用两种特殊的准无规结构SQS-4模拟了无序Ba $_{0.5}$ Sr $_{0.5}$ TiO $_3$固溶体的混合焓，并与超晶格的混合焓进行了比较，揭示了BaTiO $_3$ -SrTiO $_3$体系向短程有序化的趋势，表明这些超晶格是相当稳定的.
2016-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Coupled magnetic-ferroelectric metal-insulator transitions in epitaxially-strained SrCoO$_{3}$ from first principles
采用第一性原理计算了钙钛矿结构SrCoO $_{3}$的外延应变相图。通过结合大的自旋-声子耦合与极化-应变耦合和带隙耦合到极性畸变，拉伸和压缩外延应变被认为是驱动体铁磁-金属（FM-M）相反铁磁-绝缘-铁电（AFM-I-FE）相，后者具有异常低的弹性能。在这些耦合的磁性-铁电金属-绝缘体相边界处，预期对所施加的电场和磁场以及应力的交叉响应。特别地，施加到AFM相的磁场或压缩单轴应力可以诱导绝缘体-金属转变，并且施加到FM-M相的电场可以诱导金属-绝缘体转变。
2011-04-14 cond-mat.mtrl-sci
External uniform electric field removing flexoelectric effect in epitaxial ferroelectric thin films
利用修正的Landau-Ginsburg-Devonshire热力学理论，发现应力梯度与极化或挠曲电之间的耦合对外延薄膜的极化、自由能分布和电滞回线等铁电性质有显著影响。然而，通过施加优化的外部均匀电场可以完全消除这种影响。这种均匀电场的作用与理想梯度电场的作用相同，可以完全抑制挠曲电效应。由于均匀电场比梯度电场更易于施加和控制，因此它可以用来消除外延薄膜中由应力梯度引起的挠曲电效应，提高薄膜的铁电性能。
2012-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Dynamic response of the dielectric and electro-optic properties of epitaxial ferroelectric thin films
本文分析了薄膜铁电体的动态介电和电光弛豫响应。该分析是基于弛豫的铁电畴的尺寸连续分布的逾渗理论。由此产生的时间响应由表达式（t^-m）exp（-（t/tau）^beta）描述。分析应用于KNbO 3薄膜。的偏振，双折射和介电瞬态的测量表明定性协议的模型超过11个数量级的时间。
2002-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Soliton disentangling and ferroelectric hysteresis in reconstructed moire superlattices
由晶格失配或/和扭曲角产生的莫尔材料激发了人们对挖掘物质新量子相的极大兴趣。最近，涌现的界面铁电性已令人惊讶地发现在空间反演对称性破缺系统，如菱面体堆叠双层过渡金属二硫属化物（TMD）。然而，莫尔超晶格对应于偏振开关和滞后的演化仍然不清楚，这对于深入了解晶格对称性和能带拓扑之间的相互作用以及开发光电存储器件至关重要。在这里，我们报告的观察声子分裂的应变孤子网络中重建的莫尔超晶格，所产生的扭曲和松弛诱导强三重旋转对称性（C3）破缺。声子分裂的间隔可以通过垂直位移场来调节，并表现出铁电相关的磁滞回线。这些声子演化特征归因于畴壁运动过程中莫尔孤子解纠缠和晶格粘性的贡献。此外，我们证明了原理莫尔铁电隧穿结，其势垒被净极化修改，隧穿电阻为~10^4。我们的工作不仅揭示了莫尔孤子的晶格动力学，而且为未来的铁电基光电存储器件提供了一条潜在的途径。
2022-06-27 cond-mat.mtrl-sci
Interplay of couplings between antiferrodistortive, ferroelectric, and strain degrees of freedom in monodomain PbTiO$_{3}$/SrTiO$_{3}$ superlattices
本文报道了单畴（PbTiO $_{3}$）$_{n}$ /（SrTiO $_{3}$）$_{n}$超晶格中外延应变、极化和氧八面体旋转之间耦合的第一性原理计算。我们展示了如何（i）的外延应变和（ii）的静电条件之间的相互作用，可以用来控制系统的主轴方向。在界面处的静电约束有利于极化的旋转，因此，我们预测在外延应变小于那些将需要考虑应变效应的大的压电响应。此外，铁电（FE）和反铁畸变（AFD）模式是强耦合的。由于FE-AFD耦合产生的能量增益随着超晶格的周期性而减小，对于$n \ge 3$来说可以忽略不计。
2011-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Engineering Ferroelectric Hf0.5Zr0.5O2 Thin Films by Epitaxial Stress
证明了外延应力对氧化物铁电正交相稳定性的重要影响。Hf0.5Zr0.5O2和La0.67Sr0.33MnO3电极的外延双层生长在一组单晶氧化物001取向的，立方或伪立方设置，晶格参数在3.71 - 4.21 A范围内的衬底上。La0.67Sr0.33MnO3电极的晶格应变，由晶格失配与衬底，是关键的正交相Hf0.5Zr0.5O2的稳定。在La0.67Sr0.33MnO3电极拉伸应变的Hf0.5Zr0.5O2膜的大部分是正交的，而单斜相是有利的，当La0.67Sr0.33MnO3松弛或压缩应变。因此，在TbScO3和GdScO3衬底上的Hf0.5Zr0.5O2膜与在其它衬底上的膜（包括常用的SrTiO 3）相比呈现显著增强的铁电极化。具有外延掺杂HfO2薄膜与控制相位和极化的能力是主要的兴趣，为更好地理解铁电性能，并为基于纳米HfO2薄膜的铁电器件的制造铺平了道路。
2019-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Effect of epitaxial strain on the spontaneous polarization of thin film ferroelectrics
利用第一性原理计算研究了BaTiO $_3$、PbTiO $_3$、LiNbO $_3$和BiFeO $_3$的自发铁电极化随外延应变的变化。我们发现，虽然在简单的钙钛矿系统BaTiO $_3$和PbTiO $_3$中极化的应变依赖性非常强，但在LiNbO $_3$和BiFeO $_3$中仅弱。我们表明，这种不同的行为可以理解纯粹的压电和弹性常数的无应变的散装材料，我们讨论了几个因素，确定某种材料的应变行为。
2005-07-31 cond-mat.mtrl-sci
